Titel: de Montrichard, Pumpe mit freiem Kolben.
Autor: Montrichard, Marquis de
Fundstelle: 1868, Band 190, Nr. CX. (S. 433–437)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj190/ar190110

CX. Ueber eine Pumpe mit freiem Stempel; von Marquis de Montrichard.

Im Auszug aus Les Mondes, t. XVIII p. 152 et 165; October 1868.

Mit Abbildungen auf Tab. VII.

„Der neuen Maschine haben wir den Namen Pumpe mit freiem Kolben gegeben, weil dieselbe mittelst eines Kolbens functionirt, welcher eine Gestalt annehmen kann, die von jener der inneren Wände des Pumpenstiefels ganz verschieden ist, so daß, was bei keinem anderen Systeme ausführbar ist, bezüglich der Dimension und der Adjustirung keine Abhängigkeit in dieser Beziehung besteht. Diese Pumpe kann zur Verdichtung und Verdünnung der Gase, zum Emporheben des Wassers und überhaupt in allen Fällen benutzt werden, wo die Pumpen der verschiedenen Systeme in Anwendung kommen. Die Bewegung des Stempels dieser Pumpe wird auf die Flüssigkeiten, welche deren Einwirkung ausgesetzt werden sollen, mittelst einer Flüssigkeit fortgepflanzt, von welcher der fortgepflanzte Druck in directem Verhältnisse mit ihrer Dichte steht. Als Typus der Pumpe mit freiem Stempel haben wir daher die Quecksilberpumpe angenommen, deren Beschreibung wir geben werden. Die Quecksilberpumpe bietet eine besondere Eigenheit dar, welche von vornherein paradox erscheint. Der Kolben dieser Pumpe hat keine Reibung an den Wänden des Pumpenstiefels zu überwinden; die Luft und das Quecksilber circuliren frei im Pumpenstiefel und um den Kolben. Trotzdem kann man gegen die Flüssigkeiten und die Gase unbegrenzte Pressungen ausüben, ohne daß eine Entweichung derselben durch den Körper der Pumpe möglich ist. Man kann also voraussetzen, daß selbst bei hohen Drucken die Quecksilberpumpe am leichtesten zu construiren ist und bei ihrem Gebrauche am wenigsten in Unordnung kommt. Wir hoffen, daß durch die Beschreibung und nähere Erörterung dieser Maschine diese Behauptungen gerechtfertigt werden können.

In einer doppelt gekrümmten Röhre (Fig. 12) sey Quecksilber bis zu einer gewissen Höhe A, B enthalten. Der eine Schenkel B dieser |434| Röhre steht mit dem Rohre F, E in Communication, welches mit zwei Ventilen versehen ist; letztere gestatten den Flüssigkeiten in der Richtung FC, CE zu circuliren, ohne daß dieselben wieder rückwärts in entgegengesetztem Sinne strömen können. Im anderen Schenkel A der Quecksilberröhre ist ein massiver Kolben P beweglich angebracht; die Gestalt dieses Kolbens kann eine ganz andere seyn, wie jene des Stiefels A. Der atmosphärische Druck wirkt frei auf den Kolben und auf das Quecksilberniveau in A. Wird der Kolben in das Quecksilber eingetaucht, so verdrängt er ein gewisses Volumen desselben. In Folge dieser Einwirkung erhebt sich das Quecksilberniveau in den beiden Schenkeln A, B, und es wird daher ein Theil der zwischen den beiden Klappen und der Oberfläche des Quecksilbers in B enthaltenen Luft durch die Oeffnung E entweichen müssen, wenn der Stempel P in das Quecksilber eingetaucht wird. Zieht man den Stempel wieder aus dem Quecksilber zurück, so fallen die Quecksilberniveaux, und es wird daher eine Verdünnung der Luft zwischen F und B eintreten müssen. Dieser Aspiration folgt ein neues Ausströmen, und es wird daher wieder eine Quantität Luft durch die Oeffnung E austreten können. Indem wir also in dem Schenkel B durch abwechselndes Eintauchen und Herausziehen des Kolbens der Röhre A das Quecksilberniveau fortwährend ändern, bringen wir die Pumpe zur Thätigkeit.

Benutzt man diese Pumpe zum Wasserheben und untersucht sie in dem Momente, wo sie in voller Thätigkeit sich befindet, so sieht man, daß wenn die Quecksilberniveaux an der oberen und unteren Seite ihre äußersten Grenzen erreicht haben, dieselben niemals in gleicher Höhe in den beiden Schenkeln seyn werden, und daß in dieser Beziehung die größten Variationen in der Röhre A hervortreten. Wenn z. B. während des Niederdrückens das Quecksilberniveau im freien Schenkel bis zu A2 kommt, so erreicht es im anderen Schenkel nur die Höhe bis B1; die Quecksilbersäule A1, A2 hält der Wassersäule B1, E das Gleichgewicht. Wird hierauf der Kolben wieder aus dem Quecksilber herausgezogen, so fällt in seinem Stiefel das Niveau bis A3, während es im anderen Schenkel bloß bis B2 fällt; die Quecksilbersäule B2, B3 hält der Wassersäule F, B2 das Gleichgewicht. Das zwischen den Niveaux B1, B2 enthaltene Volumen ist gleich der während des Saugens in den Apparat eingeführten Wassermenge, und diese wird bei dem darauffolgenden Niederdrücken zum Austreten gebracht. Man ersieht, daß wenn die Pumpen von geringerer Ausdehnung eine Form annehmen können, wie sie beiläufig schematisch in Fig. 12 gezeigt ist, bei Pumpen von großen Dimensionen mancherlei Aenderungen ihrer Theile eintreten müssen, und daß dann die Gestalt der letzteren je nach den gegebenen Umständen berechnet werden |435| muß, um den Anforderungen zu genügen. Eine solche Rechnung wollen wir hier versuchen. Die Elemente, welche gewöhnlich angegeben werden, sind: die Höhe H, bis zu welcher das Wasser gehoben werden soll; die Höhe M, des centralen Theiles der Maschine oberhalb des Wasserreservoirs oder der Quelle; das Volumen V des Wassers, welches während der Zeit T geliefert werden soll und das specifische Gewicht D des Quecksilbers; hierzu kann man noch die Anzahl der Kolbenspiele N, welche die Maschine in der Zeiteinheit ausführt, nehmen, eine Zahl, welche eine gewisse Grenze nicht überschreiten darf, damit das Quecksilber nicht aus dem Stiefel A hinausgeschleudert wird. Nennt man k den verticalen Lauf des Quecksilbers in dem Arme B, und b den mittleren horizontalen Querschnitt des durchlaufenden Raumes, so wird die bei den Kolbenspielen gehobene Wassermenge gleich b k N, also

b k N = V/T und b k = V/TN (1

Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Maschine in voller Thätigkeit sich befindet. Wenn beim Aufwärtsgehen des Kolbens das Quecksilber im zweiten Schenkel bis B2 fallen soll, so muß die Quecksilbersäule von der Höhe B3, B2 oder m der durch Saugen gestiegenen Wassersäule M das Gleichgewicht halten, so daß man also hat

m D = M, sohin m = M/D (2

Nennt man h den vom Quecksilber durchlaufenen Raum A2, A3, so ersieht man, daß, wenn beim Eintauchen des Kolbens in das Quecksilber das Niveau im zweiten Schenkel bis zu B1 steigen soll, die Bedingung erfüllt werden muß:

(h - m - k) D = H - M - k, woraus sich ergibt:

Textabbildung Bd. 190, S. 435

Suchen wir jetzt die Relationen zwischen dem horizontalen Querschnitte a des Cylinders A, dem Querschnitte a′ des Kolbens und dem Minimum q des nöthigen Kolbenlaufes beim Eintauchen. Beim Einsenken des Kolbens verdrängt derselbe das Quecksilbervolumen a′, q, das sich innerhalb der Querschnitte a - a′ auf eine Höhe h verbreitet, sowie in einen Cylinder, dessen Capacität V/T seyn soll. Man hat sohin:

Textabbildung Bd. 190, S. 435

Der größte Quecksilberdruck beim Eintauchen des Kolbens ist |436| (5 s = a′ (q + h) D, und die nöthige Anstrengung, um diesen Druck zu überwinden, wenn p das Gewicht des Kolbens ist, beträgt s - p = a′(q + h) D - p.

Bei s - p = p, hat man daher

p = ½a′(q + h)D (6

Das Quecksilbervolumen v, welches zum Functioniren der Pumpe nöthig wird, ist:

(7 v = (a - a′)(h + q) + bk + w, wenn w das in der communicirenden Röhre bis zum Niveau B2 enthaltene Quecksilbervolumen bezeichnet.“

Eine nach den vom Verfasser angegebenen Principien construirte Pumpe ist im Maaßstabe von 1/50 in Fig. 13 dargestellt. Den einzelnen Theilen der Pumpe und deren Organen gibt er besondere Namen; so heißt der Schenkel A der Pumpenstiefel, der Schenkel B der Betriebsarm, die Niveaudifferenz A2B1 (fig. 12) die Druckhöhe, die Niveaudifferenz A3B2 die Saughöhe u. s. w.

Um über die Wirksamkeit einer derartigen Pumpe einigen Aufschluß zu geben, macht der Verfasser bloß von einigen der oben angegebenen Formeln (nämlich Gleichung 2 und 3) hier Anwendung, ohne auf die eigentliche Leistungsfähigkeit der Pumpe unter Berücksichtigung der sich dabei darbietenden Bewegungshindernisse näher einzugehen. — Soll die bei jedem Kolbenstoße gelieferte Wassermenge 5 Liter betragen, so kann dieß durch verschiedene Anordnungen erreicht werden. Bei der vorliegenden soll die sogen. Saughöhe m einer Quecksilbersäule von 50 Centimeter entsprechen, die also einer Wassersäule von 6,8 Meter das Gleichgewicht hält. Die Höhe H der Wassersäule, welche bei einem Quecksilberhub h von 4,68 Meter gehoben wird, beträgt 61,8 Meter. Da man leicht in 10 Secunden ein Kolbenspiel vollführen kann, so wird es unter diesen Umständen möglich seyn, 30 Liter in der Minute oder 1800 Liter Wasser in der Stunde zu liefern. Verdoppelt man alle Dimensionen (mit Ausnahme der Aspirationshöhe), so erhält man 40 Liter Wasser bei jedem Kolbenhub auf eine Höhe von 123,6 Meter, und wenn nur ein Kolbenspiel in 20 Secunden stattfindet, so beträgt schon die in einer Stunde gelieferte Wassermenge 7200 Liter. „Man begreift sohin, daß eine in den obersten Räumen eines Gebäudes angebrachte Dampfmaschine, wenn diese eine Quecksilberpumpe in Bewegung versetzt, Effecte hervorzubringen vermag, welche bis jetzt unmöglich waren. Ebenso kann eine Quecksilberpumpe, welche das Wasser am Niveau der Flüsse heraushebt, bei eintretenden Feuersgefahren Wasserstrahlen auf die höchsten Gebäude in den Städten führen; sie kann sogar in der Atmosphäre Wasserstrahlen |437| heben, welche bis zu den Wolken sich zerstreuen, und dann in Nebelform, die Luft abkühlend, auf die Erde zurückfallen, um dann durch die Wärme des Bodens in Dampf verwandelt zu werden. Die Quecksilberluftpumpe kann das Wasser von einer Quelle nach einer anderen oder bis zu den Städten überführen, aus dem Inneren der Erde u. s. w.“ Auch im Kleinen lasse die Quecksilberpumpe mannichfache Anwendungen zu, namentlich für chemische Laboratorien, für Destillationszwecke, zum Gebrauche für die Injection der Bauhölzer, wobei dann die Anordnung nach dem jeweiligen Zwecke gemacht werden kann.

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